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2021/09/26 15:57:38 プライベート♪
ステッピングモータの基本動作原理
ステッピングモータの基本動作原理(1相励磁)
ステッピングモータの基本的な動作原理を、下図を使って説明します。前回の「ステッピングモータの構造」で示した2相バイポーラタイプのコイルを1相(1組のコイル)ずつ励磁する例です。この図の前提は、コイルはコイル1、コイル2がそれぞれ組になっています。そして、電流の矢印は流れる向きを表しています。

@
・コイル1の左側から電流を流入させ、コイル1の右側から電流を流出させる。
・コイル2には電流を流さない。
・この時、左側コイル1の内側はNに、右側コイル1の内側はSになる。
・よって、中央の永久磁石はコイル1の磁界に引かれ左をS、右をNにして止まる。

A
・コイル1の電流を止め、コイル2の上側から電流を流入させ、コイル2の下側から電流を流出させる。
・上側コイル2の内側がNに、下側コイル2の内側がSになる。
・永久磁石はその磁界に引かれ、時計回りに90°回転し停止する。

B
・コイル2の電流を止め、コイル1の右側から電流を流入させ、コイル1の左側から電流を流出させる。
・左側コイル1の内側はSに、右側コイル1の内側はNになる。
・永久磁石はその磁界に引かれ、時計回りにさらに90°回転して停止する。

C
・コイル1の電流を止め、コイル2の下側から電流を流入させ、コイル2の上側から電流を流出させる。
・上側コイル2の内側がSに、下側コイル2の内側がNになる。
・永久磁石はその磁界に引かれ、時計回りにさらに90°回転し停止する。
このように@〜Cの順番にコイルに流れる電流を電子回路で切り替えるとモータを回転させることができます。この例では、1つの切り替えでモータは90°ずつ回転します。また、あるコイルに電流を流し続けると停止状態を維持し、保持トルクを持たせることができます。ちなみに、コイルに流す電流の順序を逆にすると逆に回転させることができます。
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2021/09/17 15:37:29 プライベート♪
ステッピングモーターとは
1.ステッピングモーターとは何か、その原理と構造
ステッピングモーターとは、パルスモーターとも呼ばれ、パルス信号に同期して動作するモーターのことです。パルス信号の周波数に比例して回転速度が変化し、周波数を高めるとモーターの回転は速くなり、低くするとモーターの回転は遅くなります。

ステッピングモーターを駆動させるためには、駆動回路が必要になりますが、簡単な回路構成で正確な位置決め制御を実現することができるため、パルス信号によって回転角度・回転速度を正確に制御できるモーターとして、様々な装置に利用されています。

2.ステッピングモーターの特徴(メリット・デメリット)と用途
<メリット>
@ 小型・高トルク
A 制御が容易
B 低コスト
C 低い電源電圧にて駆動可能
<デメリット>
@ サーボボモーターに対して円滑性に劣る
A 負荷が大きすぎると制御が乱れる
以上のような特徴から、ステッピングモーターは小容量の位置決め用モーターして、産業用ロボット、コンピューター用途などに利用されています。

3.ステッピングモーターの種類
ステッピングモーターの種類には、VR型、PM型、HB型の3つがあります。

☆ VR型
VR型ステッピングモーターは、回転子(ローター)として歯車状の鉄心が利用されています。ステップ角度を小さくすることはできますが、トルクが小さいのが難点です。
別名、可変リラクタンス型とも呼ばれますが、現在ほとんど利用されておらず、最近注目されているスイッチトリラクタンスモーター(SRM)は、VR型をクローズドロップ制御したモーターです。

☆ PM型
PM型ステッピングモーターは、回転子に永久磁石が使用されているモーターです。永久磁石はギャップと対向するように配置されています。多極構造のステータを構成するため、一般的には、爪型の鉄板を持つクローポール構造をとっています。
安価である一方、着磁間隔を細かくすることに限界があるため、ステップ角度は小さくすることができません。

☆ HB型
HB型ステッピングモーターは、VR型とPM型両方の特徴を併せ持つ、つまり、鉄心と永久磁石の両方を回転子に持つモーターです。巻線は各磁極に集中的に巻かれ、固定子、回転子ともに小さな歯(誘導子)を持っています。
<駆動法による分類>
ステッピングモーターの駆動法は、巻線方式や励磁方式により分類することができます。駆動法は用途によって選定され、近年は高速で駆動する用途が増えているため、バイポーラ駆動が一般的です。

巻線方式によるステッピングモーターの駆動法には、ユニポーラ駆動、バイポーラ駆動とバイファイラ巻き駆動があります。

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2021/09/11 15:06:11 プライベート♪
サーボモータとは
一般的なモータが主に機器の動力源として連続回転に使われるのに対し、制御機構を備えるサーボモータは、一定の角度だけ回転して正確な位置で止まることができます。この特長を生かして、産業用ロボットの関節の位置決めからラジコン飛行機の舵の角度決めまで、産業やホビー分野などさまざまなシーンで機器の制御に使われています。

サーボモータの定義
サーボモータのサーボ(servo)は、いわゆる制御機構のことを指します。テクノロジーの領域では、制御する側をマスター(master)、制御される側のことをスレーブ(slave)と呼ぶことがありますが、サーボもスレーブも、ラテン語のServus(奴隷)に由来すると言われています。

つまり、サーボモータとは「言いつけどおりに忠実に働く」という意味合いで名付けられたモータのことを指し、回転位置や回転速度などを制御できれば、その仕組みにかかわらず「サーボモータ」と呼ばれます。

そのため、ステッピングモータやコアレスモータもサーボモータに含まれる場合もありますが、ここでは、エンコーダ(回転検出器)を備え、その情報を基にドライバで速度や位置(角度)を制御するタイプのサーボモータについて説明します。

サーボモータとステッピングモータの違い
ステッピングモータもサーボモータと同様に、外部からの信号により回転角度を制御する機構を備えていて、機器類の位置決めなどが可能ですが、次のような違いがあります。

制御方式
サーボモータはエンコーダ(回転検出器)によって回転位置を検知しており、エンコーダで検出した情報をコントローラへフィードバックすることで位置を制御します。このため精度の高い停止が可能であり、回転の停止中も位置がずれたときには元の位置に戻ります。一方ステッピングモータでは回転角度がパルス数に比例しており、ドライバがコントローラからこのパルス信号を受けることで位置を制御します。よって、位置を検知する機構を必要としませんが、位置ずれも認識できません。想定外の負荷変動などで脱調(指示された回転角度と、モータ回転の同期が失われた状態)が発生することもあります。

トルク/回転数
サーボモータは低速域から高速域まで安定したトルクを発生させ、高速運転も可能です。ステッピングモータは特に低速域で高いトルクを発生させますが、高速域ではトルクが減少するため高速回転には向いていません。

コスト
サーボモータは高価なロータリーエンコーダやサーボ制御装置(サーボドライバ)が必要になるため、ステッピングモータに比べると高価になります。

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